DE680714C

DE680714C - In particular, high pressure metal vapor discharge tubes used to emit radiation

Info

Publication number: DE680714C
Application number: DEN39517D
Authority: DE
Inventors: Dr Willem Elenbaas; Dr Gilles Holst; Dr Aart Van Wijk
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1936-05-18
Filing date: 1936-06-07
Publication date: 1939-09-05

Description

Insbesondere zum Aussenden von Strahlen dienende elektrische Hochdruckmetalldampfentladungsröhre Gegenstand des Patents 655 005 ist eine insbesondere zum Aussenden von Strahlen dienende Hochdruckrnetalläampfentladuxegsröhre, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Röhre einen an den Entladungsraum grenzenden Hilfsraum aufweist, in dem sich eine Gasfüllung und einet Flüssigkeit befinden, die einen die kälteste Stelle des Entladungsraumes bildenden Teil der Wand dieses Raumes berührt, und daß der Hilfsraum derart ausgebildet ist, daß der Dampf der Flüssigkeit, wenn letztere durch die von der Entladung entwickelte Wärme zum Sieden gebracht wird, auf einem Wandteil des Hilfsraumes kondensiert, der nicht mit der Wand des Entladungs.ralunes zusammenfällt, während das Kondensat zu dem Flüssigkeitsvorrat zurückfließt.In particular, high-pressure metal vapor discharge tubes used to emit radiation The subject of patent 655 005 is in particular one for emitting rays serving high pressure metal vapor discharge tube, which is characterized by that the tube has an auxiliary space adjoining the discharge space, in which there is a gas filling and a liquid, which is the coldest point of the discharge space forming part of the wall of this space, and that the Auxiliary space is designed in such a way that the vapor of the liquid when the latter passes through the heat developed by the discharge is brought to the boil on a wall part of the auxiliary space condenses, which does not coincide with the wall of the discharge. while the condensate flows back to the liquid reservoir.

Ein Teil, der von der Entladung erzeugten Wärme wird durch die Trennwand hindurch auf die Flüssigkeit übertragen, die beim Betrieb der Röhre auf ihrer Siedetemperatur bleibt. Der entwickelte Dampf führt Wärme ab und gibt diese Wärme beim Kondensieren an die Wand des Hilfsraumes ab, von wo die Wärme an die Umgebung weitergeleitet wird. Da der Entladungsrauen so ausgebildet ist, daß die Trennwand zwischen denn Entladungsraum und dem Hilfsraum die kälteste Stelle des Entladungsraumes bildet, wird die Temperatur dieser Stelle und damit der Dampfdruck im Entladungsraum bei SAchwankung der Belastung auf einem sich nur wenig ändernden Wert gehalten.Some of the heat generated by the discharge is passed through the partition transferred through it to the liquid, which is at its boiling point when the tube is in operation remain. The generated steam dissipates heat and releases this heat when it condenses on the wall of the auxiliary room, from where the heat is passed on to the environment will. Since the discharge roughness is designed so that the partition between then Discharge space and the auxiliary space forms the coldest point of the discharge space, is the temperature of this point and thus the vapor pressure in the discharge space S The load fluctuation is kept at a value that changes only slightly.

Es wurde gefunden, daß, auch wenn die Temperatur der Flüssigkeit im Hilfsraum genau dieselbe bleibt, die den Dampfdruck im Entladungsraum bestimmende Temperatur der diesem Raten zugewendeten Seite der Trennwand für verschiedene Stellungen der Röhre nicht immer konstant ist, was durch den sich ändernden Temperaturabfall in dieser Trennwand verursacht wird. In vers,chiedenen Betriebsstellungen der Röhre ist derjenige Teil der von der Entladung erzeugten Wärme, der durch die Trennwand hindurch zu der Flüssigkeit im Hilfsraten geführt wird, im allgemeinen verschieden. Grenzt der Hilfsraum z. B.. an eine Stirnseite eines zylindrischen Entladungsraumes, so wirrt bei waagerechter Anordnung dieses Entladungsraumes weniger Wärme durch die Trennwand fließen als, bei einer senkrechten Stellung des Entladungsraumes, bei der der Hilfsraum sich oberhalb des Entladungsraumes befindet, was verschiedene Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Oberflächen der Trennwand zur Folge hat.It has been found that even if the temperature of the liquid in the The auxiliary space remains exactly the same as that which determines the vapor pressure in the discharge space Temperature of the side of the partition facing this rate for different positions the tube is not always constant, which is due to the changing temperature drop is caused in this partition. In different operating positions of the tube is that part of the heat generated by the discharge that passes through the partition passed therethrough to the liquid at the auxiliary rate, generally different. If the auxiliary space z. B. on one end of a cylindrical discharge space, so if this discharge space is arranged horizontally, less heat flows through the partition wall flow as, with a vertical position of the discharge space, at which the auxiliary room itself is above the discharge space, what different temperature differences between the two surfaces of the partition has the consequence.

Um nein die möglichen Unterschiede im Temperaturabfall in der Trennwand zu verringern, wird letztere gemäß der Erfindung mindestens teilweise aus Metall hergestellt. Metall hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Quarz und Glas, und demzufolge wird der Temperaturabfall in der Trennwand, falls dieser ganz oder teilweise aus Metall besteht, verhältnismäßig gering sein, so daß auch die bei verschiedenen Stellungen der Röhre auftretenden Änderungen dieses Temperaturabfalles wesentlich kleiner sind als bei Benutzung einer Trennwand aus. Quarz oder Glas.By no, the possible differences in the temperature drop in the partition to reduce, the latter is at least partially made of metal according to the invention manufactured. Metal has better thermal conductivity than quartz and glass, and consequently, the temperature drop in the partition wall, if it is wholly or partially consists of metal, be relatively small, so that even with different Positions of the tube occurring changes of this temperature drop significantly are smaller than when using a partition. Quartz or glass.

Die Trennwand kann z. B. ganz oder teilweise aus einer an das Glas odor Quarz der Röhrenwand angeschmolzenen Metallscheibe bestehen. Auch ist es möglich, in der aus Glas oder Quarz bestehendem Trennwand ein oder mehrere Metalldrähte einzuschmelzen, die mit ihren Enden in den Entladungsraum bzw. den Hilfsraum hineinragen.The partition can, for. B. in whole or in part from one to the glass odor quartz of the tube wall fused metal disk. It is also possible to melt one or more metal wires in the partition made of glass or quartz, which protrude with their ends into the discharge space or the auxiliary space.

Zwischen der Trennwand und der Entladungsbahn, kann ein Metallschirm angeordnet werden, der gemäß einer Weiterbildung der Erfiiidwng mit dem metallenen Teil der Trennwand in gut wärmeleitender Verbindung steht. Dieser Schirm fängt ehe anso wie der im Hauptpatent beschriebene Schirm das bei bestimmten Stellungen der Röhre möglicherweise von der Trennwand herunterfallende Metall ab und kann auch die Trennwand vor unmittelbarer Berührung mit im Entladungsraum auftretenden Konvektionsströmen schützen. Überdies wird der Vorteil erreicht, da;ß der Temperaturunterschied zwischen der Trennwand und dem Metallschirm nur gering ist. Ein großer Temperaturunterschied kann nämlich zur Folge haben, daß, wenn bei dazu geeigneten Stellungen der Röhre flüssiges Metall von der Trennwand auf den Schirun fällt, eine kurz dauernde Erhöhung des Dampfdruckes im Entladungsraum auftritt.A metal screen can be placed between the partition and the discharge path be arranged, which according to a development of the Erfiiidwng with the metal Part of the partition is in a good heat-conducting connection. This umbrella catches before anso like the umbrella described in the main patent that in certain positions of the Tube, and can, any metal falling off the bulkhead the partition wall from direct contact with convection currents occurring in the discharge space protection. In addition, there is the advantage that the temperature difference between the partition and the metal screen is only slight. A big difference in temperature can namely have the consequence that, if at suitable positions of the tube Liquid metal falls from the partition onto the Schirun, a brief increase of the vapor pressure occurs in the discharge space.

Zwischen diesem Metalisichirm und der Entladungsbahn kann gegebenenfalls nochein zweiter Schirm angeordnet werden, der dann nicht bezweckt, das Metall abzufangen, sondern die im Entladungsraum auftretenden Konvektionsströme vom Metallschirm abzuhalten.If necessary, between this metal screen and the discharge path a second screen can be arranged, which then does not aim to intercept the metal, but keep the convection currents occurring in the discharge space from the metal screen.

Zweckmäßig wird der metallene Teil der Trennwand und der metallene Schirm zu einem nach der Entladungsbahn hin offenen Hohlkörper vereinigt.The metal part of the partition and the metal part are expedient Screen combined to form a hollow body open towards the discharge path.

Bei der im Hauptpatent dargestellten Entladungsröhre verdrängt der von der Flüssigkeit im Hilfsraum entwickelte Dampf die Gasfüllung nach dem von der Trennwand abgewandten Teil des Hilfsraumes. Bei ver-.schied,en.en Stellungen der Röhre und versehiedener Wärmezufuhr zu der siedenden Flüssigkeit kann das Maß dieser Zusammendrängung des Gases verschieden sein, wo-'dÜrch der auf der Flüssigkeit stehendeDruck und demzufolge die Siedetemperatur der Flüssigkeit sich einigermaßen ändert.In the case of the discharge tube shown in the main patent, the from the liquid in the auxiliary space, vapor developed the gas filling after that from the Part of the auxiliary room facing away from the partition. With different positions of the Tubing and various heat input to the boiling liquid can determine the extent of this Compression of the gas may differ depending on the pressure on the liquid and consequently the boiling temperature of the liquid changes somewhat.

Es ist empfehlenswert, im Raum zwischen der Trennwand und dem Schirm, der sich zwischen dieser Trennwand und der Entladungsbahn befinden kann, Gegenstände anzuordnen, welche die Bewegungsfreiheit des an der Trennwand kondensierten Metalls verringern. Hierdurch wird die Entfernung dieses Metalls von der Trennwand erschwert, wodurch die Möglichkeit, daß das Metall zu derart heißen Stellen fließen kann, daß eine kurz dauernde Erhöhung des Dampfdruckes im Entladungsraum auftritt, verringert wird.It is recommended that in the space between the partition and the screen, which can be located between this partition and the discharge path, objects to arrange which the freedom of movement of the metal condensed on the partition to decrease. This makes it difficult to remove this metal from the partition, thereby allowing the metal to flow to hot spots such that a brief increase in the vapor pressure occurs in the discharge space is reduced will.

In dem Raum zwischen Trennwand und Schirm können z. B. dünne Metalldrähte, die die Form eines Knäuels haben können, angeordnet werden, oder die Trennwand kann durch einen nach der Entladungsbahn hin vorspringenden Rand umgeben sein, der das Wegfließen des, Metallkondensats längs der Wand verringert.In the space between the partition and the screen can, for. B. thin metal wires, which can have the shape of a ball, can be arranged, or the partition wall can be surrounded by a protruding edge towards the discharge path, which the The flow of metal condensate along the wall is reduced.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Hilfsraum an der Außenseite mit einem Kühlkörper versehen werden, der derart angeordnet ist, daß der sich zwischen der siedenden Flüssigkeit und der Befestigungsstelle des Kühlkörpers befindliche Teil des Hilfsraumes wesentlich kleiner ist als der übrige Teil des Hilfsraumes. Das Verhältnis wird vorzugsweise höchstens 1:q. gewählt. Hierdurch wird bewirkt, daß der Dampf vornehmlich auf demjenigen Teil der Wand des Hilfsraumes kondensiert, an dem der Kühlkörper befestigt ist, und daß nur eine geringe Gaszusammendrängung stattfindet, deren Maß sich nicht oder nur sehr wenig ändert.According to a further feature of the invention, the auxiliary space on the Outside are provided with a heat sink which is arranged such that between the boiling liquid and the attachment point of the heat sink located part of the auxiliary space is much smaller than the rest of the Auxiliary space. The ratio is preferably at most 1: q. chosen. Through this causes the steam mainly on that part of the wall of the auxiliary space condenses, to which the heat sink is attached, and that only a slight gas compression takes place, the extent of which does not change or changes very little.

Die Zeichnung stellt einen Teil von drei gemäß der Erfindung verbesserten Hochdruckmetalldampfentladungsröhren nach dem Hauptpatent dar.The drawing represents part of three improved according to the invention High pressure metal vapor discharge tubes according to the main patent.

Bei der aus Quarz bestehenden Röhre nach Fig. z ist in der Trennwand zwischen.. dem Hilfsraum 2 und dem Entladungsraum q. ein zylindrischer Hohlkörper 22 aus Wolfram mittels Übergangsgläsern mit abgestuften Ausdehnungskoeffizienten eingeschmolzen. Dieser Hohlkörper steht mit dem Innern der Entladungsröhre durch die öffnung 23 in Verbindung, so da.ß der in dem Hilfsraum vorspringende Teil 24 des Hohlkörpers einen Teil der Trennwand zwischen Entladungsraum und Hilfsraum bildet, so daß das Kondensat des im Entladungsraum vorhandenen Metalls sich an der dem Entladungsraum abgewendeten Seite; des Teiles 24 der Trennwand bildet. - Die Wärmeleitfähigkeit des, Wolframhohlkörpers ist groß, so daß der Temperaturabfall in dem metallenen Teil der Trennwand gering ist.In the case of the tube made of quartz according to FIG. Z is in the partition between .. the auxiliary space 2 and the discharge space q. a cylindrical hollow body 22 made of tungsten by means of transition glasses with graded expansion coefficients melted down. This hollow body protrudes through the inside of the discharge tube the opening 23 in connection, so that the part 24 protruding in the auxiliary space of the hollow body forms part of the partition between the discharge space and the auxiliary space, so that the condensate of the metal present in the discharge space on the side facing away from the discharge space; of part 24 of the partition wall forms. - The thermal conductivity of the tungsten hollow body is great, so that the temperature drop in the metal part of the partition is small.

Der in der Richtung der Glühkathode vorspringende Teil 25 des Wolframhohlkörpers bildet :einen Schirm zwischen der Trennwand und .der Entladungsbahn, der das von dem Wandteil 24 herunterfallende Metall abfängt. Da der als Schirm wirkende Teil25 mit dem metallenen Teil 24 der Trennwand .ein Ganzes bildet, werden die Temperaturunterschiede zwischen den Teilen 24 und 25 nur gering sein.The part 25 of the hollow tungsten body that protrudes in the direction of the hot cathode forms: a screen between the partition and .the discharge path, that of the wall part 24 intercepts falling metal. Since the part acting as an umbrella 25 forms a whole with the metal part 24 of the partition wall, the temperature differences are between the parts 24 and 25 only be slight.

An der Stelle 26 sind'um den Hilfsraum i zwei metallische Bügel 27 geklemmt, die mit einer Anzahl Kühlflächen 28 versehen sind. Diese Bügel mit Kühlflächen sind in Fig. 2 gesondert dargestellt. Diese Kühlflächenkönnen in bekannter Weise mehr oder weniger auseinandergebogen werden, wodurch das Wärmeebgabevermögen des Kühlkörpers geändert werden kann. Er wird derart ausgestaltet, daß der Dampf des Quecksilbers 5 vornehmlich an den von dem Ring 27 iurlgehenen Teil der Wand kondensiert. Der Hilfsraum 2 ist weiter derart ausgebildet, daß der Inhalt desjenigen Teiles des Hilfsraumes, der sich zwischen der Befestigungsstelle der Kühlvorrichtung und dem Quecksilber 5 befindet, viele Male kleiner ist als der Inhalt des übrigen Teiles des Hilfsraumes.At the point 26, two metal brackets 27 , which are provided with a number of cooling surfaces 28, are clamped around the auxiliary space i. These brackets with cooling surfaces are shown separately in FIG. These cooling surfaces can be bent more or less apart in a known manner, as a result of which the heat dissipation capacity of the cooling body can be changed. It is designed in such a way that the vapor of the mercury 5 condenses primarily on the part of the wall extending from the ring 27. The auxiliary space 2 is further designed such that the content of that part of the auxiliary space which is located between the fastening point of the cooling device and the mercury 5 is many times smaller than the content of the remaining part of the auxiliary space.

Fig.3 zeigt ein Ende einer Entladungsröhre, in dem außer dem aus Quarz bestehenden Schirm 15 noch ein metallener Schirm 29 vorhanden ist, der aus Wolfram besteht und mechanisch verbunden ist mit dem Wolframstäbchen 3o, das luftdicht durch die Trennwand geführt ist und in das Quecksilber 5 hineinragt. Der Schirm 29 ist schalenförmig gestaltet und liegt mit seinem Rande nicht gegen die Quarzwand an, so daß .ein ringförmiger Spalt zwischen dem Schirm und der Wand gebildet ist, durch den hindurch der Quecksilberdampf des Entladungsraumes die Trennwand .erreichen kann.Fig.3 shows one end of a discharge tube in which, in addition to that made of quartz existing screen 15 is still a metallic screen 29 made of tungsten consists and is mechanically connected to the tungsten rod 3o, which is airtight through the partition is guided and protrudes into the mercury 5. The screen 29 is shell-shaped and does not lie with its edge against the quartz wall, so that .an annular gap is formed between the screen and the wall through through which the mercury vapor of the discharge space reaches the partition can.

Die Entladungsröhre, deren eines Ende in Fig.4 dargestellt ist, entspricht im Wesen völlig der Röhre nach den Fig. i und 2 des Hauptanspruches. Sie zeigt nur einen nach der Entladungsbahn hin vorspringenden Rand 31, der die Trennwand zwischen dem Entladu@ngsräum und dem Hilfsraum umgibt und das Herunterfließen des an der Trennwand kondensierten Metalls des Entladungsraumes erschwert.The discharge tube, one end of which is shown in Figure 4, corresponds to in essence completely the tube according to FIGS. i and 2 of the main claim. She just shows an edge 31 which projects towards the discharge path and which separates the partition wall between the discharge space and the auxiliary space and the flow down of the Partition of condensed metal of the discharge space made difficult.

Claims

PATrNTANSP12ÜCilr i. Especially used for emitting rays High pressure metal vapor discharge tube according to patent 655 oo5, characterized in that, that the partition between the discharge space and the auxiliary space at least partially made of metal.

2. Electric discharge tube according to claim i, in which a screen is located between the partition and the discharge path, characterized in that that the screen is made of metal and with the metallic part of the partition in good heat-conducting connection.

3. Electric discharge tube according to claim 2, characterized in that the metallic part of the partition and the metal screen are combined to form a hollow body open towards the discharge path.

4. Electric Discharge tube according to one of the preceding claims, characterized in that that in the space between the partition and that between the partition and the Discharge path located screen objects are provided that the freedom of movement of the metal condensed on the partition.

5. Electric discharge tube according to claim 4, characterized in that in the space between the partition and the screen metal wires are expediently arranged in the form of a ball.

6th Electric discharge tube according to Claim 4 or 5, characterized in that surround the partition wall by an edge projecting towards the discharge path is.

7. Electrical discharge tube according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the auxiliary space is provided on the outside with a heat sink is, which is arranged such that the contents of the between the boiling liquid and the part of the auxiliary space located in this heat sink, essential (expedient at least four times) smaller than the content of the remaining part of the auxiliary room.